CN1840984A

CN1840984A - 埋地回流套管式循环地热换热装置及用途

Info

Publication number: CN1840984A
Application number: CN 200510024685
Authority: CN
Inventors: 潘戈
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-03-28
Filing date: 2005-03-28
Publication date: 2006-10-04

Abstract

采用一种埋地回流套管式循环地热换热装置，由埋地管、换热单元、循环泵、载热介质、循环管路等组成地热换热循环回路，其特征在于，所述的埋地管是外管中固持有内管的埋地回流套管，地热换热循环回路中供作热源或冷源的载热介质经埋地管的内管或内外管夹层从地面流入至埋地回流套管底部后、再经内外管夹层或内管回流至地面形成地下回流循环。由于采用埋地管是外管中固持有内管的埋地回流套管，使之可适合于通过直径较小的单管垂直钻进或夯压埋管等方式进行埋地换热器的快速施工，因而，可以免除进行开挖埋管，施工量减少，且与对应的U型管垂直埋管现有技术相比，埋管施工对土壤换热器的材质及施工地质结构的要求都有较大降低，施工费用与相关材料费用也相应降低，而循环地热换热装置的工程适应范围得到扩大。除此之外，采用埋地管竖置时可设置在地面建筑面积内、或可兼作建筑的辅助地桩，因而可以降低建筑桩基成本，同时免除相当部分的大中型循环地热换热装置因挤占过多占地面积的应用限制。

Description

埋地回流套管式循环地热换热装置及用途

技术领域

本发明属空调节能与可再生能源利用领域，尤其是涉及一种土壤埋管式的埋地回流套管式循环地热换热装置技术及用途。

发明背景

地球表面水源和土壤是一个巨大的太阳能集热器，收集了47％的太阳能量，比人类每年利用能量的500倍还多。地源热泵系统是一种利用地下浅层地能，包括地下水、地壤、或地表水等的既可供热又可制冷的高效建筑节能空调系统，通过输入少量的高品位电能，可实现低温位能量向高温位能量的转移，其中，水源热泵是利用了地球表面或浅层水源作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统，当之无愧地成为可再生能源一种形式。水源热泵技术利用地下水以及地表水源的过程当中，因存在地下水回灌的成本问题和地表水受环境温度影响较大以及换热对水体生态环境的影响等问题，使其应用受到了一定的限制。

土壤埋管式热泵系统是地源热泵系统的又一种方式，通过埋设土壤换热器来实现载热介质与岩壤的换热，如在冬季供热过程中，载热介质从地下收集热量，再通过系统把热量带到室内；夏季制冷时系统逆向运行，即从室内带走热量，再通过系统将热量送到地下岩土中。因此，土壤埋管式热泵系统保持了地下水源热泵利用大地作为冷热源的优点，同时又不需要抽取地下水作为传热的介质，是一种具有更大发展前途的可持续发展建筑节能新技术，埋地管式循环地热换热装置可用作土壤埋管式热泵系统的一个前端耦合部分，通常，按埋地换热器埋管方式分为：水平埋管、垂直埋管及螺旋盘管，这种地源热泵系统对土壤换热器的材质及地质结构的要求比较高，其中，水平埋管占地面积较大，需要开挖，因此埋管深度浅，受地表气温、太阳辐射等因素影响较大，系统稳定性低；垂直埋管受地表环境温度影响小，但埋管深，采用以U形管状垂直安装在竖井或套管之中的高承压聚乙烯塑料垂直埋管时相应的地孔钻掘费用及相关材料费用增加，螺旋盘管占地面积小，投资相对较小，但需要开挖，换热效果介于前两者之间，不如垂直埋管，由于土壤埋管式热泵系统投资较其它地源热泵方式要高，所以这种系统一般仅适用于面积比较小的居住类单体建筑，在大型工程中应用相对困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于空调节能的埋地回流套管式循环地热换热装置，使之能比现有的U型管垂直埋管技术施工更快、更简易，对材质及施工地质结构的要求有所降低，施工费用与成本比现有技术要降低，使用适应范围与功能比现有技术要扩大，同时，循环地热换热装置不能挤占过多的土地面积。

本发明是通过以下技术方案实现的，采用一种埋地回流套管式循环地热换热装置，由埋地管、换热单元、循环泵、载热介质、循环管路等组成地热换热循环回路，其特征在于，所述的埋地管是外管中固持有内管的的埋地回流套管，地热换热循环回路中供作热源或冷源的载热介质经埋地管的内管或内外管夹层从地面流入至埋地回流套管底部后、再经内外管夹层或内管回流至地面形成地下回流循环。所述的埋地管的内管在外管中的固持可是经夹持架、或是经带液流通孔的夹持圆环片等的固持。所述的埋地管可采用经金属化学镀或表面金属涂塑的防腐处理的金属管制成。所述的载热介质包括液体及液体中含有固态相变储能材料液态流体。所述的载热介质的液体可是水、或矿物质溶液、或乳化液。所述的埋地管可是单根或是多根，后者的布置可是线型或是矩阵型等，其最佳相邻间隔为4到6米。所述的埋地管外壁钻地孔洞内可设置吸水保湿填料，埋地管间可设置保湿渗水管。所述的地热换热循环回路中可带有加热水箱及储能水箱。所述的地热换热循环回路中供作热源或冷源的载热介质可作为终级的热源或冷源、或作为次级的热源或冷源。

利用上述埋地回流套管式循环地热换热装置的一个用途，其特征在于，所述的埋地回流套管式循环地热换热装置的埋地管竖置时可设置在地基建筑面积之内的土壤中兼作地面建筑的地桩。

本发明的优点是：由于采用埋地管是外管中固持有内管的的埋地回流套管，使之可适合于通过直径较小的单管垂直钻进或夯压埋管等方式进行埋地换热器的快速施工，因而，可以免除进行开挖埋管，施工量减少，且与对应的U型管垂直埋管现有技术相比，埋管施工对土壤换热器的材质及施工地质结构的要求都有较大降低，施工费用与相关材料费用也相应降低，而循环地热换热装置的工程适应范围得到扩大。除此之外，采用埋地管竖置时可设置在地面建筑面积内、或可兼作建筑的辅助地桩，因而可以降低建筑桩基成本，同时免除相当部分的大中型循环地热换热装置因挤占过多占地面积的应用限制。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的地热换热循环回路连接示意图；

图2是本发明实施例中埋地回流套管的内、外管设置结构示意图；

图3是本发明实施例中埋地回流套管的内、外管与联汇管连接的结构示意图；

图4是图2的俯视剖面图；

图5是图3的的俯视剖面图；

图6是本发明实施例的回流套管式埋地管兼做建筑的辅助地桩时埋设位置与相互连接的示意图。

具体实施方式：

按图1所示，本发明埋地回流套管式循环地热换热装置实施例之一由埋地管1、换热单元2、循环泵3、循环管路4、保湿渗水管5与载热介质等组成。其中，埋地管采用如图2所示的其外管中固持有内管的埋地回流套管，其结构包括内管111、外管112、固持架113和与外管焊接连接的锥顶114，除此之外，埋地管间还经联汇管115相互连接，循环管路4中包括除污装置411、流量调节阀412、温度传感器413、流量计414与储能器415等。埋地管、换热单元、循环泵、循环管路等组成闭式的地热换热循环回路。

按图3所示，埋地管与联汇管间可采用内管与联汇管焊接连接，外管可与联汇管分体制造后经焊接连接、或一体制造成如图所示的三通末端，各埋地管的三通末端间再经连接管螺纹连接或经快卸接头与连接管形成相互连接。地热换热循环回路中供作热源或冷源的载热介质经埋地管的内管或内外管夹层从地面流入至埋地回流套管底部后、再经内外管夹层或内管回流至地面形成地下回流循环；埋地管的内管在外管中的固持可是经夹持架、或是经带载热介质液流通孔的夹持圆环片等的固持，如：固持架可是图4所示的抱轴式的夹持架、或是图5所示的带载热介质液流环状流通孔的轴套式夹持圆环片、或是利用联汇等管的管壁或管的端壁进行夹持的其他固持结构。埋地管可设置成由多根竖置管经打入地下组成的矩型埋地管矩阵，埋地管可采用经金属化学镀或表面金属涂塑的防腐处理的金属管制成。

载热介质包括液体及液体中含有固态相变储能材料液态流体。所述的载热介质的液体可是水、或矿物质溶液、或乳化液。埋地管除了多根也可以是单根，采用多根埋地管时参见图1及图6，其各埋地管之间在地面上的连接可以是串接或形成分组串接后再并接的混合连接，除此之外也可以是并接，其埋设分布可以根据建筑物的地基形状等因素任意组合进行设计。

采用多根埋地管连接时，其布置可是线型或是矩阵型(参见图6)等，其最佳相邻间隔A为4到6米。埋地管外壁钻地孔洞内可设置吸水保湿填料，埋地管间可设置保湿渗水管5，经其连接管道511连接引出后供作从接管口处向土壤换热影响区定期注水，并经土壤湿度监测以保持良好的传热湿度。初级地热换热循环回路与连接换热单元另一个偶合端的次级换热回路中还可带加太阳能等辅助能源的热水箱及储能水箱，以便将经换热后的载热介质进一步经加热水箱加热升温或储能，以供其终端装置使用，此外，也可在一定时间段内，将进行循环换热后的热量用储能水箱储存起来，供另一时间段内使用，起移峰填谷的调节作用。

如图1所示，换热单元采用了空调机组的冷凝器或蒸发器，换热单元也可以是散热器如采暖用的散热片、或是冷却器如制冷用的风机盘管、或是换热器如板式或板翅式的液-液或液-气换热器，其选用根据载热介质被用作热源或冷源而定。地热换热循环回路中供作热源或冷源的载热介质可作为终级的热源或冷源、或作为次级的热源或冷源，以此进一步提升为高位的能量源供作终级装置使用。

埋地管竖置埋设时换热效果最佳，但也可采用斜置钻进或夯压埋设，例如：当遇到埋设深度内含有较难钻进或夯压施工的硬质岩土层时，可部分或全部选择采用斜置埋设处理。换热循环回路除了闭式的循环回路还可以是开式的循环回路，闭式循环回路的管路中可带或不带压力。

本发明埋地回流套管式循环地热换热装置的又一个实施例是：利用回流套管式循环地热换热装置的埋地管构成建筑地桩或辅助地桩的另一个用途，按图6所示，建筑地基6包括桩基611与墙基612，当采用回流套管式埋地管竖置时，可将其设置在地面建筑面积内的土壤中，以充分利用地基以下的土壤空间，将安装后的埋地管与地基浇成一体，使之成为建筑地桩或辅助的建筑地桩，露出地基面的部分作联汇连接，如图6中所示的B点为连接循环地热换热装置中埋地管的出液端，C点为埋地管的进液端，回流套管式埋地管在此也可以兼做建筑的辅助地桩，因而，这种其埋地使用方法可以免除相当一部分大中型空调节能工程中因循环地热换热装置占取过多土地面积的应用限制，有利于充分利用宝贵的土地建筑面积。

Claims

1.埋地回流套管式循环地热换热装置，由埋地管、换热单元、循环泵、载热介质、循环管路等组成地热换热循环回路，其特征在于，所述的埋地管是外管中固持有内管的的埋地回流套管，地热换热循环回路中供作热源或冷源的载热介质经埋地管的内管或内外管夹层从地面流入至埋地回流套管底部后、再经内外管夹层或内管回流至地面形成地下回流循环。

2.根据权利要求1所述的埋地回流套管式循环地热换热装置，其特征在于，所述的埋地管的内管在外管中的固持可是经夹持架、或是经带液流通孔的夹持圆环片等的固持。

3.根据权利要求1所述的埋地回流套管式循环地热换热装置，其特征在于，所述的埋地管可采用经金属化学镀或表面金属涂塑的防腐处理的金属管制成。

4.根据权利要求1所述的埋地回流套管式循环地热换热装置，其特征在于，所述的载热介质包括液体及液体中含有固态相变储能材料液态流体。

5.根据权利要求1或4所述的埋地回流套管式循环地热换热装置，其特征在于，所述的载热介质的液体可是水、或矿物质溶液、或乳化液。

6.根据权利要求1至3中任意一项所述的埋地回流套管式循环地热换热装置，其特征在于，所述的埋地管可是单根或是多根，后者的布置可是线型或是矩阵型等，其最佳相邻间隔为4到6米。

7.根据权利要求1或4中任意一项所述的埋地回流套管式循环地热换热装置，其特征在于，所述的埋地管外壁钻地孔洞内可设置吸水保湿填料，埋地管间可设置保湿渗水管。

8.根据权利要求1所述的埋地回流套管式循环地热换热装置，其特征在于，所述的地热换热循环回路中可带有加热水箱及储能水箱。

9.根据权利要求1或4所述的埋地回流套管式循环地热换热装置，其特征在于，所述的地热换热循环回路中供作热源或冷源的载热介质可作为终级的热源或冷源、或作为次级的热源或冷源。

10.利用上述埋地回流套管式循环地热换热装置的一个用途，其特征在于，所述的埋地回流套管式循环地热换热装置的埋地管竖置时可设置在地基建筑面积之内的土壤中兼作地面建筑的地桩。